本發(fā)明涉及一種帶直線移動(dòng)成像探頭的單曲面條狀功率超聲裝置，屬于醫(yī)療器械技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

功率超聲在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用，常見的一種方式就是從人體外向人體內(nèi)發(fā)射聚焦功率超聲波，在人體內(nèi)特定區(qū)域形成較大的能量聚集而改變?cè)搮^(qū)域內(nèi)的組織生物特性，實(shí)現(xiàn)治療疾病的目的。其中的超聲換能器用于將電能轉(zhuǎn)換成聲能并發(fā)射到人體中，當(dāng)前常用的超聲換能器一般采用單個(gè)換能器、多個(gè)換能器陣列、數(shù)百個(gè)換能器陣列等組成形式。不管是何種方式，基本都采用球冠形狀，在球冠底部中心位置設(shè)有通孔放置成像引導(dǎo)超聲探頭。

球冠狀超聲換能器與人體接觸的時(shí)候，底部與人體表面有一定距離，在治療前使用成像探頭時(shí)需要將成像探頭伸出一段距離盡量縮短與人體間距離，進(jìn)行治療時(shí)，為了不擋住功率超聲，成像探頭要縮回來，與靶區(qū)距離加大，影響實(shí)時(shí)觀察效果，本發(fā)明所述凹型結(jié)構(gòu)可以和人體貼合，成像探頭不用伸出縮回。

對(duì)于多個(gè)換能器陣列、數(shù)百個(gè)換能器陣列，當(dāng)采用球冠狀的排列方式時(shí)，其中的單個(gè)換能器一般采用圓形、多邊形、梯形等形狀。這些形狀的換能器在使用相控陣控制電路進(jìn)行聲束電子偏轉(zhuǎn)時(shí)，其可實(shí)現(xiàn)360度全向偏轉(zhuǎn)，但因其在每個(gè)方向上的尺寸均比較大，依據(jù)聲學(xué)一般原理，其在每個(gè)方向上的可偏轉(zhuǎn)角度均比較小，影響了實(shí)用性。本發(fā)明所述凹形結(jié)構(gòu)采用了條形換能器陣列的方式，單個(gè)換能器呈細(xì)長(zhǎng)條形狀，在換能器單元的寬度方向尺寸很小，具有很好的聲束可偏轉(zhuǎn)性，從而在該方向上進(jìn)行聲束電子偏轉(zhuǎn)具備了實(shí)用性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提供了一種帶直線移動(dòng)成像探頭的單曲面條狀功率超聲裝置及使用方法。

本發(fā)明采取的技術(shù)方案如下：

一種帶直線移動(dòng)成像探頭的單曲面條狀功率超聲裝置，其包括超聲聚焦換能器、支撐結(jié)構(gòu)件、水囊和超聲成像探頭，所述超聲聚焦換能器通過硅橡膠對(duì)稱密封在支撐結(jié)構(gòu)件內(nèi)部的左右兩側(cè)，所述支撐結(jié)構(gòu)件的四周設(shè)有作為防水全包結(jié)構(gòu)件的水囊，所述水囊與支撐結(jié)構(gòu)件之間的空隙填充滿耦合劑，所述支撐結(jié)構(gòu)件的上表面為圓弧狀的單曲面，并且支撐結(jié)構(gòu)件中心位置設(shè)有方形通孔，在該方形通孔內(nèi)放置有所述超聲成像探頭，所述超聲成像探頭與方形通孔的內(nèi)壁相互貼合并可滑動(dòng)接觸，在超聲成像探頭的后端端部設(shè)有可帶動(dòng)超聲成像探頭移動(dòng)的機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)。

所述超聲聚焦換能器包括薄背襯組件，厚背襯，外匹配層和聚焦透鏡，所述厚背襯和聚焦透鏡的上表面均為圓弧曲面，所述薄背襯組件的內(nèi)部開有切槽，薄背襯組件通過膠水粘貼在厚背襯的曲面上，外匹配層通過膠水粘貼在薄背襯組件的曲面上，所述聚焦透鏡為內(nèi)凹結(jié)構(gòu)并套裝在外匹配層和厚背襯上方，聚焦透鏡同時(shí)作為保護(hù)層隔離換能器內(nèi)部組件與耦合劑。

所述超聲聚焦換能器的中心頻率為0.2MHz-5MHz，相對(duì)帶寬不小于50%；；所述厚背襯的聲學(xué)阻抗范圍2MRayl到15MRayl，表面曲率半徑為5cm-25cm，其曲面為單曲面。

所述切槽內(nèi)灌滿膠水或膠水混合物，該膠水為絕緣類膠水。所述聚焦透鏡材料為其中聲速小于水中聲速類凸透鏡，聚焦曲率半徑為5cm-25cm，中心最大厚度為0.5mm-5mm，或材料為其中聲速大于水中聲速類凹透鏡，聚焦曲率半徑為5cm-25cm，中心最大厚度為0.5mm-5mm。

所述薄背襯組件包括薄背襯，以及依次設(shè)在薄背襯上表面的FPC正電極層、壓電材料層、內(nèi)匹配層，F(xiàn)PC導(dǎo)電銅箔一側(cè)用導(dǎo)電膠水粘貼到壓電材料層上，F(xiàn)PC絕緣一側(cè)用膠水粘貼到薄背襯上，壓電材料層另一側(cè)用膠水粘貼內(nèi)匹配層，并通過劃片機(jī)切割出多條切槽。

所述薄背襯聲學(xué)阻抗范圍2MRayl到15MRayl；所述壓電材料層采用發(fā)射型壓電陶瓷或以其為基底的1-3/2-2結(jié)構(gòu)的壓電復(fù)合材料；所述FPC正電極層為帶銅導(dǎo)電層的軟板；所述內(nèi)匹配層聲學(xué)阻抗范圍3MRayl-15MRayl，其寬度小于壓電材料層。

所述切槽的深度為切穿壓電材料層，并深入薄背襯，深度至少達(dá)到薄背襯厚度的1/2，切槽寬度0.05mm-0.2mm，切槽數(shù)目大于20，陣元間距為0.5mm-2mm，或者在每個(gè)切槽之間附加深度與壓電材料層厚度一樣的次級(jí)切槽,形成基元,基元數(shù)為1-3個(gè)。

所述支撐結(jié)構(gòu)件材料為不銹鋼或鋁，其內(nèi)部掏長(zhǎng)方體區(qū)域用于鑲嵌所述超聲聚焦換能器，圍繞超聲聚焦換能器的四個(gè)面方向可調(diào)，使鑲嵌的兩換能器焦點(diǎn)可重合到一點(diǎn)或兩個(gè)不同的點(diǎn)，支撐結(jié)構(gòu)件表面曲率半徑為5cm-25cm，匹配治療區(qū)域體表曲面，其可通過上部機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行平移運(yùn)動(dòng)；超聲聚焦換能器可以通過電子通道延時(shí)控制焦點(diǎn)深淺位置和偏轉(zhuǎn)位置；所述超聲成像探頭為線陣、凸陣或相控陣，基元總數(shù)為64-256個(gè)，中心頻率為3MHz-8MHz，其可通過上部機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行移動(dòng)；所述水囊中裝載耦合劑充當(dāng)換能器與水囊之間的聲傳播過渡介質(zhì)，水囊材料為符合生物相容性材料；所述耦合劑為脫氣水，其可以通過外部蠕動(dòng)泵進(jìn)行循環(huán)流動(dòng)。

所述機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)包括馬達(dá)，主動(dòng)齒輪和從動(dòng)齒條，所述主動(dòng)齒輪與從動(dòng)齒條相互嚙合，主動(dòng)齒輪與馬達(dá)傳動(dòng)軸連接，從動(dòng)齒條與超聲成像探頭連接，所述馬達(dá)接受控制裝置的控制并通過主動(dòng)齒輪帶動(dòng)從動(dòng)齒條再帶動(dòng)超聲成像探頭進(jìn)行移動(dòng)。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明換能器的掃描成平面，聚焦區(qū)域集中，治療平面和成像探頭成像平面正好在同一個(gè)平面，而球冠狀治療裝置雖然可以立體掃描，但立體掃描時(shí)有大部分點(diǎn)不在B超的監(jiān)測(cè)面，形成盲打，增加不可預(yù)知危險(xiǎn)性。同時(shí)，球冠狀治療裝置中每個(gè)換能器在各方向的尺寸均較大，可實(shí)現(xiàn)的聲束電子偏轉(zhuǎn)角度較小，實(shí)用性很差。

本發(fā)明支撐結(jié)構(gòu)表面曲率可變來匹配體表曲面，支撐結(jié)構(gòu)件掏空長(zhǎng)方體區(qū)域方向可變，與超聲聚焦換能器焦點(diǎn)合成總焦點(diǎn)，使總焦點(diǎn)位置更方便調(diào)節(jié)，另一方面擴(kuò)大了換能器參數(shù)的設(shè)計(jì)范圍。

本發(fā)明利用超聲聚焦產(chǎn)生的熱量來處理相關(guān)區(qū)域，使此區(qū)域溫度上升到一定數(shù)值并持續(xù)一段時(shí)間來達(dá)到治療目的。其中裝載耦合劑充當(dāng)換能器與水囊之間的過渡介質(zhì)并散除超聲換能器產(chǎn)生的熱量。

本發(fā)明的超聲成像探頭采用平移方式，其克服了采用旋轉(zhuǎn)方式的探頭在采集圖像合成時(shí)離軸心越遠(yuǎn)處分辨率越差的到問題。采用平移方式的超聲成像探頭，在采集圖像合成時(shí)分辨率可保持較好的一致性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2A為成像探頭典型外觀圖，所示為線陣探頭。

圖2B為本發(fā)明成像探頭工作方式示意圖。

圖2C為線陣探頭內(nèi)部的發(fā)射陣列結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2D為本發(fā)明的機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2E為機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)局部放大圖。

圖3為超聲裝置頂視圖。

圖4為超聲裝置剖面圖。

圖5為超聲聚焦換能器橫向剖面圖。

圖6為超聲聚焦換能器縱向剖面圖。

圖7為超聲裝置治療時(shí)應(yīng)用場(chǎng)景圖。

圖中：1-超聲聚焦換能器，2-水囊，3-耦合劑，4-支撐結(jié)構(gòu)件，5-超聲成像探頭，6-聚焦透鏡，7-外匹配層，8-薄背襯，9-厚背襯，10-內(nèi)匹配層，11-壓電材料層，12-切槽，13-FPC正電極層，14-馬達(dá)，15-主動(dòng)齒輪，16-從動(dòng)齒條，17-密封圈。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。

如圖1至圖4所示，一種帶直線移動(dòng)成像探頭的單曲面條狀功率超聲裝置，其包括超聲聚焦換能器1、支撐結(jié)構(gòu)件4、水囊2和超聲成像探頭5，所述超聲聚焦換能器1通過硅橡膠對(duì)稱密封在支撐結(jié)構(gòu)件4內(nèi)部的左右兩側(cè)，所述支撐結(jié)構(gòu)件4的四周設(shè)有作為防水全包結(jié)構(gòu)件的水囊2，所述水囊2與支撐結(jié)構(gòu)件4之間的空隙填充滿耦合劑3，所述支撐結(jié)構(gòu)件4的上表面為圓弧狀的單曲面，并且支撐結(jié)構(gòu)件4中心位置設(shè)有方形通孔，在該通孔內(nèi)放置有所述超聲成像探頭5，所述超聲成像探頭5的左右兩端與方形通孔的內(nèi)壁相互貼合并可滑動(dòng)接觸，在超聲成像探頭5的后端端部設(shè)有可帶動(dòng)超聲成像探頭移動(dòng)的機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，后部帶密封殼結(jié)構(gòu)裝載主動(dòng)齒輪和從動(dòng)齒條。其中機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)包括馬達(dá)14，主動(dòng)齒輪15和從動(dòng)齒條16，所述主動(dòng)齒輪15與從動(dòng)齒條16相互嚙合，主動(dòng)齒輪15與馬達(dá)14傳動(dòng)軸連接，從動(dòng)齒條16與超聲成像探頭連接，所述馬達(dá)14接受控制裝置的控制并通過主動(dòng)齒輪15帶動(dòng)從動(dòng)齒條16再帶動(dòng)超聲成像探頭5進(jìn)行移動(dòng)。

如圖5和圖6所示，所述超聲聚焦換能器1包括薄背襯組件，外匹配層7、厚背襯9和聚焦透鏡6，所述厚背襯9和聚焦透鏡6的上表面均為圓弧單曲面，所述薄背襯組件的內(nèi)部開有切槽12，薄背襯組件通過膠水粘貼在厚背襯9的曲面上，所述聚焦透鏡6為內(nèi)凹弧形結(jié)構(gòu)并完全包裹住薄背襯組件、外匹配層7和厚背襯9上部，聚焦透鏡6同時(shí)作為保護(hù)層隔離換能器內(nèi)部組件與耦合劑3。

作為本實(shí)施例的優(yōu)選，所述超聲聚焦換能器1的中心頻率為0.2MHz-5MHz，相對(duì)帶寬不小于50%；所述厚背襯9的聲學(xué)阻抗范圍2MRayl到15MRayl，表面曲率半徑為5cm-25cm，其曲面為圓弧單曲面。所述切槽12內(nèi)灌滿膠水或膠水混合物，該膠水為絕緣類膠水。

作為本實(shí)施例的優(yōu)選，所述聚焦透鏡6材料為其中聲速小于水中聲速類凸透鏡，聚焦曲率半徑為5cm-25cm，中心最大厚度為0.5mm-5mm，或材料為其中聲速大于水中聲速類凹透鏡，聚焦曲率半徑為5cm-25cm，中心最大厚度為0.5mm-5mm。

作為本實(shí)施例的優(yōu)選，所述薄背襯組件包括薄背襯8，以及依次設(shè)在薄背襯8上表面的FPC正電極層13、壓電材料層11、內(nèi)匹配層10，F(xiàn)PC導(dǎo)電銅箔一側(cè)用導(dǎo)電膠水粘貼到壓電材料層上，F(xiàn)PC絕緣一側(cè)用膠水粘貼到薄背襯8上，壓電材料層11另一側(cè)用膠水粘貼內(nèi)匹配層10，并通過劃片機(jī)切割出多條切槽12。

作為本實(shí)施例的優(yōu)選，所述薄背襯8聲學(xué)阻抗范圍2MRayl到15MRayl；所述壓電材料層11采用發(fā)射型壓電陶瓷或以其為基底的1-3/2-2結(jié)構(gòu)的壓電復(fù)合材料；所述FPC正電極層13為帶銅導(dǎo)電層的軟板；所述內(nèi)匹配層10聲學(xué)阻抗范圍3MRayl-15MRayl，其寬度小于壓電材料層。

作為本實(shí)施例的優(yōu)選，所述切槽12的深度為切穿壓電材料層11，并深入薄背襯8，深度至少達(dá)到薄背襯厚度的1/2，切槽12寬度0.05mm-0.2mm，切槽數(shù)目大于20，陣元間距為0.5mm-2mm，或者在每個(gè)切槽12之間附加深度與壓電材料層11厚度一樣的次級(jí)切槽,形成基元,基元數(shù)為1-3個(gè)。

作為本實(shí)施例的優(yōu)選，所述支撐結(jié)構(gòu)件4材料為不銹鋼或鋁，其內(nèi)部掏長(zhǎng)方體區(qū)域用于鑲嵌所述超聲聚焦換能器1，圍繞超聲聚焦換能器1的四個(gè)面方向可調(diào)，支撐結(jié)構(gòu)件4表面曲率半徑為5cm-25cm，匹配治療區(qū)域體表曲面，其可通過上部機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行平移運(yùn)動(dòng)；所述超聲聚焦換能器1可通過電子通道延時(shí)控制焦點(diǎn)深淺位置和偏轉(zhuǎn)位置；所述超聲成像探頭5為線陣、凸陣或相控陣，基元總數(shù)為64-256個(gè)，中心頻率為3MHz-8MHz，其可通過上部機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行移動(dòng)；所述水囊2中裝載耦合劑充當(dāng)換能器與水囊之間的聲傳播過渡介質(zhì)，水囊2材料為符合生物相容性材料；所述耦合劑3為脫氣水，其可以通過外部蠕動(dòng)泵進(jìn)行循環(huán)流動(dòng)。

本發(fā)明中，制作所述的聚焦換能器的方法，其制作方法為：

（1）首先制作厚背襯，通過模具預(yù)先制作長(zhǎng)方體型材料后通過車削模具加工弧形表面；再制作薄背襯，通過模具預(yù)先制作長(zhǎng)方體型材料后通過車床精磨到0.3mm-2mm，然后制作內(nèi)匹配層后車床精磨到0.2mm-2mm；

（2）膠合薄背襯、壓電材料層、FPC以及內(nèi)匹配層構(gòu)成權(quán)利要求9中所述的薄背襯組件，之后精磨此組件中的薄背襯層，使組件整體厚度為2.0mm-5.0mm，通過劃片機(jī)加工此組件中的切槽，之后通過成型模具將切割完成后薄背襯組件內(nèi)凹成型并貼合于厚背襯的曲面上，之后使用膠水填充切槽，使用導(dǎo)電膠水粘和細(xì)導(dǎo)線到壓電材料層兩側(cè)露出部分，導(dǎo)電膠數(shù)固化后其上再使用環(huán)氧膠水固化保護(hù)，其凸起高度不能超過內(nèi)匹配層高度；

（3）使用治具貼合外匹配層于內(nèi)匹配層的外側(cè)，并使用透鏡模具澆注聚焦透鏡形成保護(hù)層。

如圖7所示，本帶直線移動(dòng)成像探頭的單曲面條狀功率超聲裝置的使用方法為：首先在水囊下表面涂抹醫(yī)用耦合劑（B超檢查時(shí)通用的凝膠狀物質(zhì)），通過外部機(jī)械結(jié)構(gòu)壓到病灶區(qū)上部大概區(qū)域，開啟成像探頭探測(cè)病灶區(qū)，手動(dòng)控制外部機(jī)械結(jié)構(gòu)調(diào)整治療探頭位置，使病灶區(qū)基本位于成像探頭中軸位置，啟動(dòng)成像探頭平移功能，采集多個(gè)切面，通過主機(jī)軟件合成3D圖形，整體掌握病灶區(qū)三維信息，在電腦顯示圖形上劃定治療區(qū)域，后臺(tái)軟件自動(dòng)生成治療方案，制定治療靶點(diǎn)位置和數(shù)目，自動(dòng)規(guī)劃?rùn)C(jī)械運(yùn)動(dòng)方式和每個(gè)靶點(diǎn)電子延遲來控制焦點(diǎn)深淺位置和偏轉(zhuǎn)位置，開始治療，能量在每個(gè)靶點(diǎn)處持續(xù)一段時(shí)間，同時(shí)使用算法實(shí)時(shí)監(jiān)控靶點(diǎn)處溫升，達(dá)到閾值后即跳轉(zhuǎn)到下一個(gè)靶點(diǎn)，持續(xù)直到所有靶點(diǎn)治療完成，整個(gè)治療過程中，水囊中耦合劑通過外部蠕動(dòng)泵進(jìn)行循環(huán)帶走治療中治療探頭產(chǎn)生的熱量。完成治療后通過成像探頭評(píng)估治療初步效果。

以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和優(yōu)點(diǎn)。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)該了解，上述實(shí)施例不以任何形式限制本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡采用等同替換等方式所獲得的技術(shù)方案，均落于本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。

本發(fā)明未涉及部分均與現(xiàn)有技術(shù)相同或可采用現(xiàn)有技術(shù)加以實(shí)現(xiàn)。